地震災害防救之策略

國震中心 鍾立來、葉錦勳、簡文郁、林沛暘

根據中央氣象局之統計 [1],臺灣平均每年發生約26,000餘次地震 (1999年高達46,000餘次),其中約有960餘次為有感地震(1999年則高達3,200餘次),地震就是臺灣之宿命。臺灣位處地震活躍之地帶,我們都感受過地震,而且感到無助。面對地震,我們是謙卑的,東有菲律賓海板塊,西有歐亞大陸板塊,處於板塊交界之臺灣,斷層多呈南北走向,而我們有東西向快速道路、東西向維生管線,必須跨越斷層,若斷層於地震錯動,災害難免,我們承認,確實無法完全排除地震之災害。另一方面,面對地震,我們是自信的,透過努力,提升災害防救之能力,有信心減緩地震之災害。

本文嘗試探討減緩地震災害之策略 [2]。

策略一:逃之夭夭,遠走他鄉

世界各地地震活躍之程度不一,離開臺灣 (地震活躍度高),移居至地震活動程度較低的地方 (如新加坡、馬來西亞),地震之風險即可大幅降低。可是,2,300萬人依然留在臺灣,與地震共存。因此,策略一:遠走他鄉,可行,但對我們而言,此策略並不適用。

策略二:神算天機,預測地震

颱風來襲時,人們關注中央氣象局發佈之報告,預測颱風之未來動態,包括路徑、風速及雨量等,據此作防颱準備。同樣地,地震亦由中央氣象局發佈 (圖1),人們期待地震之預測,並據而避災。地震預測包括地震發生之時間 (年、月、日、時、分)、地點 (震央位置、震源深度) 及規模 (釋放之能量),缺一不可。以臺灣地震發生頻繁之程度,若瞎猜明天有地震,猜中之機率相當高,但缺乏精確的地點及規模,對避災沒有幫助。規模7之地震所釋放的能量,為規模6之31.6倍,規模5之1,000倍,相距甚遠。

多年來經過大自然之洗禮,汰弱留強,地震規模達6以上,才會有明顯的災情。如果說臺灣會發生劇災型地震,猜中之機會很高,但缺乏精確之時間,總不能天天撤離至空曠處。根據歷史地震之統計,每15至20年,臺灣會發生一次劇災型地震(死亡人數過百)。綜上所述,以目前之科技,地震預測之精準度,不足以發佈,因此,策略二:地震預測,仍未成熟,其精確度不足以作為人員避災或疏散之用。

策略三:先知先覺,預警地震

地震預警就是,地震已經發生,當震波尚未抵達前,我們事先收到預警訊號 [3]。當地震發生時,震央附近之測站,測得地震,以電子訊號,傳送至較遠之地區,運用電子訊號 (秒速以十萬公里計) 及震波 (秒速以公里計) 之速度差,達預警之目標。由於無法預知震央之位置,故須廣設測站,如此一來,無論地震發生何處,總有測站位於震央附近,發佈預警訊號,所有測站形成地震監測網,稱為區域型地震預警。另一為現地型預警,運用壓力波(P波) 與剪力波 (S波) 之速度差,壓力波速度較快 (秒速約6.5公里),震動之幅度較低,較不具破壞力,反觀剪力波速度較慢 (秒速約3.5公里),震度較高,較具破壞力,壓力波抵達時,發出預警訊號,剪力波隨後到達。於預警之所在處,設一測站,即可作現地型預警。

以2016年高雄美濃地震為例,高雄市杉林區距震央7 km,預警時間3.77 s (圖2);高鐵雲林站距震央77 km,預警時間12.59 s (圖3)。兩者比較,高雄市杉林區距震央較近,震度較高,較需要預警,但預警時間卻較短。

一般而言,有效預警時間約為數秒至十數秒之間,相當短。人員收到預警訊號,若身處於一樓,且室外動線暢通,或可從屋內逃至屋外之空曠地方;若身處二樓或以上,恐無足夠之時間,逃至戶外,故建議就地掩護。電梯收到預警訊號,自動停至就近樓層,打開電梯門,人員離開電梯,避免受困電梯內。高鐵收到預警訊號,自動減速,降低脫軌、翻覆之風險。廠房收到預警訊號,或調整、或減慢、或停止製程,務必降低損失,提早復原。因此,策略三:地震預警,可行,但預警時間短,其應用有所限制。

策略四:有以待之,防救計畫

人們都知道地震災害之嚴重性,但是,千頭萬緒,如何防災?自1998年起,國家地震工程研究中心,即投入大量的人力與經費,建立「臺灣地震損失評估系統 (Taiwan Earthquake Loss Estimation System, TELES)」 [4]。蒐集地質資料,了解震源分佈與活動特性,從而進行災害潛勢分析,包括地震動、斷層錯動、土壤液化及山崩等。彙整工程結構 (建築物、橋梁等) 資料,進行風險分析,獲致人員傷亡及經濟損失。國震中心協助政府機關及民間企業,訂定假想敵 (想定地震),以臺灣地震損失評估系統,執行情境模擬,了解災情之規模及分佈,據而擬訂災害防救計畫,有以待之,可減緩地震引致之二次災害,提高復原之效率。因此,策略四:災害防救計畫,適用於震前之整備。

策略五、緊急應變,早期損失之評估

在策略四中,災害防救計畫之擬定時,地震尚未發生,對象為虛擬之想定地震。而地震早期損失評估(Early Seismic Loss Estimation, ESLE),則在地震剛發生後,對象為真實地震[4]。針對臺灣數以千計可能之地震,運用臺灣地震損失評估系統 (TELES),執行情景模擬,並建立龐大之資料庫。於收到中央氣象局之地震報告後,以其時間、地點、規模及震度等資訊,僅作比對之工作,於資料庫中,篩選最相似之地震事件,故能於短時間內 (數分鐘),獲得損失之評估結果。在尚未勘災前,即大致了解災情,調度救災,減緩災害及其二次災害 (火災、瘟疫),提早復原。

以2016年高雄美濃地震為例,於收到地震報告後,一分鐘內獲得地震損失評估之結果,包括最大地表加速度之分佈 (圖4)、建築物損害程度之分佈 (圖5) 及人員傷亡之分佈等。不論是政府機關或民間企業,依據早期損失評估之結果,立即部署資源,展開救災。因此,策略五:地震早期損失評估,適用於震後緊急應變。

策略六:安居之所,耐震設計及施工

地震工程經多年之研究與發展,1997年版之建築物耐震設計規範 [5],普遍認為是成熟的、現代化的。透過耐震設計,工程結構具有足夠之強度及變形能力,排除不良之破壞模式 (如軟弱層集中式破壞),掌握其耐震行為。經歷1999年九二一集集地震,人們親眼目睹災情之震撼,受到血與淚的教訓,耐震施工之細節 (如鋼筋之彎鉤、錨定、續接) ,因而得以充分落實。所以,2000年以後興建之建築物,其耐震能力普遍較佳 [6]。

以2016年高雄美濃地震為例,嚴重損害至倒塌之建築物,未有2000年以後興建者。因此,策略六:耐震設計及施工,適用於新建之工程結構,如建築物、橋梁等。

策略七、診斷、治療,評估、補強

既有工程結構係按照當時之規範設計、施工,從現今之角度觀之,耐震能力可能堪虞。但是,既有工程結構為數龐大,一一拆除重建,不可能,也不必要。透過耐震評估,篩選耐震能力不足者,予以補強,提升其耐震能力,並排除不良之破壞模式,進而減緩地震之災害 [7]。

以2016年高雄美濃地震為例,臺南市南化區公所 (圖6) 尚未補強,柱子剪力破壞 (圖7),列為危樓,無法肩負緊急應變中心之責任。而臺南市歸仁區公所 (圖8),於地震發生前已採鋼筋混凝土牆補強 (圖8及9),於地震後,並未發現任何損害,得以正常運作,作為該區之緊急應變中心。

耐震評估及補強經濟有效,費用低,工期短,約為拆除重建的十分之一至八分之一。地震發生之時間,無法掌握,我們必須與時間賽跑。因此,策略七:耐震評估與補強,適用於既有之工程結構,及早提升其耐震能力。

結語

在臺灣,我們必須與地震共同生活,而震災防救之策略多元,各有其適用之範圍。採用複合策略,搭配運用,相輔相成,方可有效減緩地震之災害。為下一次大地震作最好的準備,乃災害防救之不二法門。

參考文獻

1.中央氣象局(2016),「地震專欄」,https://www.cwb.gov.tw/V7/knowledge/planning/seismological.htm

2.鍾立來、葉錦勳、簡文郁、林沛暘 (2017),「國震中心科普系列─地震災害防救之策略」,國家地震工程研究中心,https://youtu.be/Pv0zlzDh9DI。

3.林沛暘(2017),「國震中心科普系列─抗震大作戰」,國家地震工程研究中心,https://youtu.be/4KuN3XblYfQ

4.葉錦勳(2018),「國震中心科普系列─臺灣地震損失評估系統」,國家地震工程研究中心,https://youtu.be/v5qSZ8lO12o

5.國家地震工程研究中心,「建築物耐震設計規範的重要沿革」,http://www.ncree.org/SafeHome/ncr05/pc5_3.htm

6.邱聰智(2018),「國震中心科普系列─0206花蓮地震勘災經驗分享」,國家地震工程研究中心,https://youtu.be/K0yXkXY4Apg

7.鍾立來、蔣佳憓、林筱菁、邱亭瑄 (2018),「校舍結構耐震補強之推動」,國家地震工程研究中心,https://youtu.be/BHy0DKHbNts

 

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圖1 中央氣象局2016年高雄美濃地震之報告,包括地震發生之時間 (年、月、日、時、分、秒);地點 (震央經緯度、震源深度);規模 (釋放之能量) 及各地之震度等級 (7、6、5、4、3、2、1、0)

 

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圖2 2016年高雄美濃地震—高雄市杉林區距震央7 km,預警時間3.77 s

 

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圖3 2016年高雄美濃地震—高鐵雲林站距震央77 km,預警時間12.59 s

 

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圖4 2016年高雄美濃地震—早期損失評估結果,最大地表加速度之分佈

 

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圖5 2016年高雄美濃地震—早期損失評估結果,建築物全半倒棟數之分佈

 

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圖6 2016高雄美濃地震—臺南市南化區公所列為危樓,無法作為該區之緊急應變中心

 

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圖7 2016年高雄美濃地震—臺南市南化區公所,柱子損壞

 

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圖8 臺南市歸仁區公所之正面—鋼筋混凝土剪力牆補強 (綠色牆壁者),於2016高雄美濃地震後,結構無損,正常運作,設立緊急應變中心

 

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圖9 臺南市歸仁區公所之背面—兩側鋼筋混凝土剪力牆補強 (未開窗者)


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